Etude magnéto-encéphalographique de la profondeur du traitement de l'information auditive pendant le sommeil
Using magneto-encephalography to assess the processing depth of auditory stimuli in the sleeping human brain
par Strauss Mélanie sous la direction de Dehaene Stanislas
Thèse de doctorat en Neurosciences
École doctorale Interdisciplinaire Européenne Frontières du Vivant

Soutenue le Thursday 26 November 2015 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Neurosciences cognitives
  • Sommeil -- Aspect physiologique
  • Électroencéphalographie

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Mots clés
Sommeil, Conscience, MEG, EEG, MMN, P300, ERPs
Resumé
Le sommeil est défini comme un état comportemental de repos où nous perdons conscience de notre environnement et notre réactivité aux stimuli extérieurs est drastiquement réduite. Pourtant, lorsque nous dormons, l'appel par notre prénom ou à la sonnerie du réveil peuvent encore nous réveiller, suggérant qu'un certain degré de traitement des stimuli reste possible. Dans ce travail, nous soulevons la question de la profondeur du traitement de l'information extérieure pendant le sommeil. Nous avons enregistré simultanément l'activité cérébrale de sujets sains adultes en électro- et magnéto-encéphalographie (EEG et MEG) en réponse à des stimulations auditives, avant, pendant, et après une courte période de sommeil. Afin de tester la profondeur du traitement de l'information à travers la hiérarchie corticale, nous nous sommes concentrés sur les capacités de codage prédictif hiérarchique, qui permettent au cerveau d'anticiper les évènements futurs à partir d'une connaissance passée. Les prédictions sont faites à de nombreuses si ce n'est toutes les étapes de la hiérarchie corticale. Tester les différents niveaux de prédiction nous permet donc d'évaluer précisément à quel niveau l'intégration de l'information est interrompue. Nous avons d'abord testé les capacités du cerveau à détecter la nouveauté auditive. Nous avons présenté aux sujets des séquences de sons comprenant des régularités temporelles à courte (locale) ou à longue (globale) échelle de temps, et analysé les réponses cérébrales à des sons violant ces régularités. Les réponses cérébrales à ces violations locales ou globales se traduisent respectivement en EEG à l'éveil par l'émergence de deux signaux d'erreur de prédiction : la négativité de mismatch (MMN) et la P300. Notre analyse révèle que la MMN et la P300 disparaissent toutes deux dans le sommeil avec la perte des activations des aires associatives préfrontales et pariétales. Au cours de l'endormissement, la MMN diminue progressivement, tandis que la P300 disparait brutalement avec la perte de conscience des stimuli. Ce comportement tout-ou-rien renforce l'hypothèse que la P300 est un marqueur de la conscience. Malgré tout, nous avons montré que le cerveau détecte toujours les nouveaux sons et peut s'y habituer, mais seulement dans un contexte limité d'adaptation sensorielle de bas niveau. Après avoir démontré la perte des capacités de codage prédictif dans le sommeil dans le cadre de régularités statistiques arbitraires et nouvellement acquises, dans une deuxième série d'expériences nous avons testé la capacité du cerveau endormi à établir des prédictions sur les sons à venir dans le cadre de connaissances sémantiques connues déjà stockées en mémoire à long terme. Nous avons présenté à des sujets endormis des opérations arithmétiques simples, comme "deux plus deux égal neuf", et nous avons enregistré les réponses cérébrales aux résultats corrects et aux résultats faux. Nous avons découvert que le cerveau était toujours capable de détecter les violations arithmétiques dans le sommeil, avec des activations en partie similaires à celles de l'éveil. Nous suggérons que, bien que le sommeil prévienne tout calcul explicite, il y a conservation des signaux d'erreur de prédiction pour les opérations arithmétiques simple déjà mémorisées. Ce travail clarifie à quel niveau l'intégration de l'information auditive est interrompue pendant le sommeil, et quelles fonctions cognitives persistent ou s'altèrent. La persistance de l'adaptation sensorielle et des capacités de prédiction à partir de connaissances déjà mémorisées sont probablement responsables de la réactivité résiduelle qui peut être observée pendant le sommeil alors que les sujets sont inconscients. Finalement, ces résultats aident aussi à mieux comprendre pourquoi un stimulus donné sera traité ou non dans le sommeil. (...)